半导体工艺技术 (8)

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1、半导体工艺技术张晓波xbzhang@ncut.edu.cn三教2406,2512微电子实验室Tel:88803118136811006931光刻的作用和目的图形的产生和布局2刻蚀Lithography：石[平，金属]版印刷术光刻匀胶、曝光、显影、坚膜光刻的确切含义是图形转移：PatternTransfer——把（掩膜版上的）图形转移到硅片上3清洗薄膜生长或淀积光刻（匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜）去胶去胶掺杂刻蚀IC制造工艺模块示意4每三年尺寸减小0.7X.硅片制造工艺中，光刻占所有成本的35%??所在的地方代表了road

2、map发展的最大的不确定性光刻是IC制造业中最为重要的一道工艺5用一个工艺中所需要的光刻次数或者掩膜版的多少来衡量该工艺的难易程度。一个典型的硅集成电路工艺包括15－20块掩膜版通常我们所说的0.13,90nm工艺就是指的光刻技术所能达到最小线条的工艺。特征尺寸不断缩小的关键就是光刻技术不断进步和发展的结果。635％的成本来自于光刻工艺光刻的要求图形转移技术组成：掩膜版/电路设计掩膜版制作光刻光源曝光系统光刻胶分辨率（高）曝光视场（大）图形对准精度（高）——1/3最小特征尺寸产率（throughput）（大）缺陷密度（

3、低）7光刻流程－LithographyProcess在硅片上涂一层光刻胶，经过曝光在某些区域感光，经显影后留下胶膜的图形，再把这层胶膜的图形作为掩膜，进一步对其下的SiO2进行腐蚀，或者进行离子注入等，把胶膜上的图形转换到硅衬底的薄膜上去。8掩膜版制作CAD设计、模拟、验证后由图形发生器产生数字图形数字图形×4或×5投影光刻版投影式光刻×1掩膜版制作接触式、接近式光刻9电子束直写熔融石英玻璃片80nmCr10～15nmARC（anti-reflectioncoating）光刻胶高透明度（散射小）热膨胀小×4或×5投影光刻

4、版在制版时容易检查缺陷版上缺陷可以修补蒙膜(pellicle)保护防止颗粒玷污10掩模版制作过程12.Finished11掩膜版的成品率Y:D0:单位面积缺陷数，Ac:芯片面积，N:掩膜版层数12三种硅片曝光模式及系统接触式接近式投影式1:1曝光系统13扫描投影式光刻机原理图1:1曝光系统14步进投影式光刻机原理图10:15:11:1步进扫描光刻机15DSW－directsteponwafer16接触式和接近式——近场衍射（Fresnel）像平面靠近孔径，二者之间无镜头系统曝光系统17接触和接近式Fresnel衍射理论适

5、用的间隔范围：最小分辨尺寸g＝10mm，＝365nm（i线）时，Wmin2mm18投影式——远场衍射（Fraunhofer）像平面远离孔径，在孔径和像之间设置镜头爱里斑19瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点物S2的爱里斑边缘（第一衍射极小）相重合时，恰可分辨两物点。S1S2S1S2S1S2可分辨不可分辨恰可分辨100%73.6%分辨率20两个爱里斑之间的分辨率(瑞利判据):数值孔径：收集衍射光的能力。n为折射率分辨率k1=0.6-0.8提高分辨率：NA，，k1理论计算人眼爱里斑

6、~20m分辨率：100m21投影式基本参数：分辨率(resolution)焦深(depthoffocus)视场(fieldofview)调制传递函数(MTF—modulationtransferfunction)套刻精度(alignmentaccuracy)产率(throughput)……光学系统决定机械设计22为轴上光线到极限聚焦位置的光程差。根据瑞利判据：很小时，焦深NA，焦深焦深23焦深焦平面光刻胶IC技术中，焦深只有1mm，甚至更小24调制传递函数MTF－－对比度25一般要求MTF>0.5与尺寸有关

7、26MTF与光的部分相干度SS=光源直径s聚光镜直径dS增加，越来越不相干一般S＝0.5-0.7或S=NA聚光光路NA投影光路27光刻胶光刻胶的作用：对于入射光子有化学变化，通过显影，从而实现图形转移。灵敏度：单位面积的胶曝光所需的光能量：mJ/cm2负胶烃基高分子材料正胶分辨率高于负胶抗蚀性：刻蚀和离子注入正胶IC主导28汞灯436nm(g线)和365nm(i线)光刻胶的组成（正胶－positivephotoresist,DNQ）a)基底：树脂是一种低分子量的酚醛树脂(novolac,apolymer)本身溶于显影液，

8、溶解速率为15nm/s。b)光敏材料（PAC－photoactivecompounds)二氮醌(diazoquinone,DQ)DQ不溶于显影液，光刻胶在显影液中的溶解速率为1－2nm/sec光照后，DQ结构发生重新排列，成为溶于显影液的烃基酸（TMAH四甲基氢氧化铵——典型显影液）光照后，光刻胶在显影液中的溶解速度